JP5384164B2 - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、裏面側集電電極を備える太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換するため、新しいエネルギー源として期待されている。このような太陽電池1枚当りの出力は数W程度である。そのため、家屋やビル等の電力源(エネルギー源)として太陽電池を用いる場合には、行列状に配置された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールが用いられる。
具体的には、太陽電池モジュールは、配列方向に沿って配列された所定数の太陽電池をそれぞれ有する複数の太陽電池ストリングを備える。複数の太陽電池ストリングは、配列方向に直交する方向において、互いに略平行に並べられる。複数の太陽電池ストリングのそれぞれにおいて、所定数の太陽電池は、配線材によって互いに電気的に接続される。
ここで、隣接する太陽電池を互いに粘着テープで仮留めすることによって、複数の太陽電池ストリングを互いに仮留めする手法が知られている(特許文献1参照)。この手法によれば、太陽電池モジュールの製造工程において、複数の太陽電池ストリングそれぞれの位置がずれることによって、複数の太陽電池ストリングが互いに接触してしまうことを抑制することができる。
特開2003−324211号公報
ここで、特許文献1の手法では、粘着テープは、太陽電池の表面の略全域に形成される収集電極に接着される。しかしながら、収集電極は導電性ペーストなどによって形成されるため、収集電極と粘着テープとの接着性が低い。その結果、粘着テープが太陽電池から剥がれることによって、太陽電池ストリングの位置ずれが発生し易いという問題があった。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池ストリングの位置ずれを抑制可能とする太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の特徴に係る太陽電池は、所定の方向に沿って配線材が接続される太陽電池であって、主面を有する太陽電池基板と、主面の略全域に渡って形成される電極とを備える太陽電池であって、主面は、電極の外縁を直線で結んだ矩形状の領域である電極形成領域を有し、電極形成領域は、第1領域と、第1領域よりも単位面積当たりにおける太陽電池基板の露出面積が大きい第2領域とを含み、第2領域は、主面のうち配列方向に略直交する方向の端部に形成されることを要旨とする。
本発明の特徴に係る太陽電池モジュールは、受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止される複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池は、配列方向に沿って配列され、互いに配線材によって接続され、複数の太陽電池のそれぞれは、主面を有する太陽電池基板と、主面の略全域に渡って形成される電極とを有しており、複数の太陽電池のうち少なくとも一の太陽電池において、主面は、電極の外縁を直線で結んだ矩形状の領域である電極形成領域を有し、電極形成領域は、第1領域と、第1領域よりも単位面積当たりにおける太陽電池基板の露出面積が大きい第2領域とを含み、第2領域は、主面のうち配列方向に略直交する方向の端部に形成されることを要旨とする。
本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、電極は、複数の細線電極を含み、複数の細線電極のそれぞれは、配列方向に略直交する方向に沿って形成されていてもよい。
本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、複数の細線電極は、第2領域に形成されていなくてもよい。
本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、複数の細線電極の単位面積当たりにおける本数は、第1領域よりも第2領域のほうが少なくてもよい。
本発明によれば、太陽電池ストリングの位置ずれを抑制可能とする太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール100の側面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール100の構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池10を受光面側から見た平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池10を裏面側から見た平面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール100の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール100の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール100の製造方法を説明するための図である。 実施例に係る仮留めテープの配置位置を説明するための図である。
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
(太陽電池モジュールの構成)
以下において、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、太陽電池モジュール100の構成を示す側面図である。図2は、太陽電池モジュール100の構成を示す平面図である。
太陽電池モジュール100は、図1及び図2に示すように、複数の太陽電池ストリング1、受光面側保護材2、裏面側保護材3、第1封止材4a及び第2封止材4bを備える。
複数の太陽電池ストリング1それぞれは、配列方向Hに沿って配列された複数の太陽電池10、第1配線材11、第2配線材12及び第3配線材13を備える。複数の太陽電池ストリング1は、配列方向Hに略直交する直交方向Tにおいて、互いに略平行に並べられている。
複数の太陽電池10は、受光面側保護材2と裏面側保護材3との間に封止される。複数の太陽電池10は、配列方向Hに沿って配列される。複数の太陽電池10それぞれは、太陽電池基板と、太陽電池基板上に形成される電極とを有する。また、複数の太陽電池10それぞれは、受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する。受光面及び裏面それぞれは、太陽電池基板の主面である。太陽電池10の構成については後述する。
第1配線材11は、複数の太陽電池10を互いに電気的に接続する。具体的には、第1配線材11の一端部は、一の太陽電池10の受光面上に形成された電極に接続され、第1配線材11の他端部は、一の太陽電池10に隣接する他の太陽電池の裏面上に形成された電極に接続される。
第2配線材12は、各太陽電池ストリング1の両端に位置する一対の太陽電池10それぞれに接続される。第2配線材12は、各太陽電池ストリング1の外側に向かって延びる。
第3配線材13は、複数の太陽電池ストリング1を互いに電気的に接続する。具体的には、第3配線材13の一端部は、一の太陽電池ストリング1の第2配線材12に接続され、第3配線材13の他端部は、一の太陽電池ストリング1に隣接する他の太陽電池ストリング1の第2配線材12とに接続される。
第1配線材11、第2配線材12及び第3配線材13は、薄板状或いは縒り線状に成形された銅等の導電材を用いて形成することができる。導電材の表面には、鉛フリー半田(例えば、SnAg3.0Cu0.5)などがメッキされていてもよい。
受光面側保護材2は、複数の太陽電池10の受光面側に配置され、太陽電池モジュール100の表面を保護する。受光面側保護材2としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。
裏面側保護材3は、複数の太陽電池10の裏面側に配置され、太陽電池モジュール100の背面を保護する。裏面側保護材3としては、PET(Polyethylene Terephthalate)等の樹脂フィルム、Al箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルムなどを用いることができる。
第1封止材4a及び第2封止材4bは、受光面側保護材2と裏面側保護材3との間において、複数の太陽電池ストリング1を封止する。第1封止材4a及び第2封止材4bとしては、EVA、EEA、PVB、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。なお、第1封止材4a及び第2封止材4bは同じ材料によって構成されていてもよいし、また、互いに異なる材料によって構成されていてもよい。
なお、図示しないが、複数の太陽電池ストリング1の両端に位置する一対の太陽電池10に接続された第2配線材12は、裏面側保護材3上に設けられる端子ボックスに格納される。また、太陽電池モジュールの外周にはAlフレームなどが取り付けられていてもよい。
(太陽電池の構成)
以下において、本発明の実施形態に係る太陽電池の構成について、図面を参照しながら説明する。図3は、実施形態に係る太陽電池10を受光面側から見た平面図である。図4は、実施形態に係る太陽電池10を裏面側から見た平面図である。
図3及び図4に示すように、太陽電池10は、太陽電池基板20、複数の受光面側細線電極30A、2本の受光面側接続用電極40A、複数の裏面側細線電極30B及び2本の裏面側接続用電極40Bを備える。
太陽電池基板20は、光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有する。受光面及び裏面それぞれは、太陽電池基板20の主面である。太陽電池基板20は、受光により光生成キャリア(一対の電子と正孔)を生成する。太陽電池基板20は、例えば内部にp型領域とn型領域とを有しており、n型領域とp型領域との界面で半導体接合が形成される。太陽電池基板20は、単結晶シリコン、多結晶シリコン等の結晶系シリコン半導体や、GaAs等の化合物半導体等周知の太陽電池用半導体材料を用いて形成することができるが、これに限らず従来周知の種々の構成を採ることができる。
なお、本実施形態に係る太陽電池基板20は、受光面及び裏面それぞれにおける受光によって光生成キャリアを生成可能であることに留意すべきである。また、太陽電池基板20の受光面及び裏面は、TCO(透明導電膜)、半導体層、或いは半導体基板によって形成される。
複数の受光面側細線電極30Aは、太陽電池基板20の受光面の略全域に形成される。太陽電池基板20からキャリアを収集する電極である。図3に示すように、複数の受光面側細線電極30Aは、太陽電池基板20の受光面上において直交方向Tに沿って形成される。
2本の受光面側接続用電極40Aは、第1配線材11を接続するための電極である。2本の受光面側接続用電極40Aそれぞれは、太陽電池基板20の受光面上において配列方向Hに沿って形成される。2本の受光面側接続用電極40Aそれぞれは、複数の受光面側細線電極30Aと交差する。2本の受光面側接続用電極40Aそれぞれは、複数の受光面側細線電極30Aが太陽電池基板20から収集したキャリアを収集する。
複数の裏面側細線電極30Bは、太陽電池基板20の裏面の略全域に形成される。複数の裏面側細線電極30Bは、太陽電池基板20からキャリアを収集する電極である。図4に示すように、複数の裏面側細線電極30Bは、太陽電池基板20の裏面上において直交方向Tに沿って形成される。
2本の裏面側接続用電極40Bは、第1配線材11を接続するための電極である。2本の裏面側接続用電極40Bそれぞれは、太陽電池基板20の裏面上において配列方向Hに沿って形成される。2本の裏面側接続用電極40Bそれぞれは、複数の裏面側細線電極30Bと交差する。2本の裏面側接続用電極40Bそれぞれは、複数の裏面側細線電極30Bが太陽電池基板20から収集したキャリアを収集する。
以上の各電極は、例えば樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子を含有する樹脂型導電性ペーストを用いて形成することができる。樹脂型導電性ペーストの代わりにセラミック型の導電性ペーストを用いても良い。各電極の本数、寸法等は、太陽電池基板20の寸法、物性等を考慮して適宜設定される。
ここで、本実施形態において、太陽電池基板20の裏面は、図4に示すように、電極形成領域Raと外周領域Rbとを有する。電極形成領域Raは、複数の裏面側細線電極30Bの外縁を直線で結んだ矩形状の領域である。外周領域Rbは、電極形成領域Raの外周を取囲む領域である。外周領域Rbには、複数の裏面側細線電極30Bは形成されない。
また、電極形成領域Raは、第1領域R1と第2領域R2を含む。
第1領域R1は、複数の裏面側細線電極30Bが形成される領域である。従って、第1領域R1は、太陽電池基板20の裏面の大部分を占める。太陽電池基板20の裏面の平面視において、第1領域R1では、太陽電池基板20は、複数の裏面側細線電極30Bの間に露出する。従って、本実施形態では、第1領域において、単位面積当たりにおける太陽電池基板20の露出面積は、単位面積よりも小さい。
第2領域R2は、第1領域R1よりも単位面積当たりにおける太陽電池基板20の露出面積が大きい領域である。本実施形態において、複数の裏面側細線電極30Bの一部は短く形成されており、第2領域R2には、複数の裏面側細線電極30Bが形成されていない。そのため、太陽電池基板20の裏面の平面視において、第2領域R2の全域で太陽電池基板20が露出する。従って、本実施形態において、第2領域では、単位面積当たりにおける太陽電池基板20の露出面積は、単位面積に略等しい。
第2領域R2は、電極形成領域Raのうち直交方向Tの端部に形成される。具体的には、第2領域R2は、太陽電池基板20の裏面を形成する辺のうち配列方向に延びる辺Lに沿って形成される。第2領域R2は、配列方向Hに沿って形成される。例えば、太陽電池基板20の寸法が100mm×100mm程度である場合、第2領域R2の幅αは1.5mm程度に、また、第2領域R2の長さβは30mm程度であるが、これに限られるものではない。第2領域R2の幅α及び長さβ、すなわち、第2領域R2の平面形状は、複数の裏面側細線電極30Bによるキャリアの収集効率を考慮して適宜設定されるものである。
なお、本実施形態では、配列方向に延びる一対の辺それぞれに沿って一対の第2領域R2が形成されているが、これに限られるものではない。例えば、太陽電池基板20の裏面には、一の第2領域R2が形成されていてもよい。また、本実施形態では、第2領域R2の配列方向の両側に第1領域が形成されているが、これに限られるものではない。例えば、第2領域R2の配列方向の一方側のみに第1領域が形成されていてもよい。
なお、外周領域Rbは、電極形成領域Raの周囲を取り囲む。例えば、太陽電池基板20の寸法が100mm×100mm程度である場合、外周領域Rbの幅γは1.5mm程度であるが、外周領域Rbは設けられていなくてもよい。
(太陽電池モジュールの製造方法)
以下において、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図5〜図7は、太陽電池モジュール100の製造方法を説明するための図である。
まず、太陽電池基板20上に導電性ペーストを印刷することによって、所定のパターンで各種電極を形成する(図3参照)。
配列方向Hに沿って複数の太陽電池10を配列して、第1配線材11によって互いに電気的に接続する。続いて、複数の太陽電池10の両端に位置する一対の太陽電池10に第2配線材12を接続する。これによって複数の太陽電池ストリング1を作製する。
次に、複数の太陽電池ストリング1を互いに平行に配置する。この際、複数の太陽電池10は、裏面を表向きにして配置する。
次に、図5に示すように、直交方向Tにおいて隣接する太陽電池10を互いに仮留めテープ50によって仮留めする。これによって、複数の太陽電池ストリング1それぞれの間隔は、所定の間隔(例えば、2mm程度)に固定される。
ここで、図6は、図5のP部分の拡大図である。図6に示すように、仮留めテープ50は、一の太陽電池10の裏面と、一の太陽電池10に直交方向Tにおいて隣接する他の太陽電池10の裏面とに跨って貼付される。具体的には、仮留めテープ50は、太陽電池基板20の裏面のうち第2領域R2に貼付される。本実施形態では、第2領域R2に電極は形成されていないので、仮留めテープ50は、太陽電池基板20に貼付される。
次に、図5に示すように、複数の太陽電池ストリング1それぞれの第2配線材12を互いに第3配線材13によって接続する。
次に、図7に示すように、受光面側保護材2、第2封止材4b、複数の太陽電池ストリング1、第1封止材4a及び裏面側保護材3を順次配置することによって積層体を形成する。
次に、積層体を所定時間加熱することによって、第1封止材4a及び第2封止材4bを硬化させる。
(作用及び効果)
本実施形態に係る太陽電池10において、太陽電池基板20の裏面は、複数の裏面側細線電極30Bの外延を直線で結んだ矩形状の領域である電極形成領域Raを有する。電極形成領域Raは、第1領域R1と、第1領域R1よりも単位面積当たりにおける太陽電池基板20の露出面積が大きい第2領域R2とを含む。第2領域R2は、裏面のうち直交方向Tの端部に形成される。
従って、太陽電池基板20の露出面積が大きい第2領域R2に仮留めテープ50を貼付することができる。ここで、一般的に、仮留めテープ50と太陽電池基板20との接着力は、仮留めテープ50と電極との接着力よりも大きい。従って、第1領域R1に仮留めテープ50を貼付する場合に比べて、仮留めテープ50と太陽電池基板20との接着力を強くすることができる。その結果、太陽電池ストリングの位置ずれが発生することを抑制することができる。
また、第2領域R2を形成することによって、裏面側保護材3側から太陽電池基板20の裏面に入射する光を増加することができる。その結果、太陽電池10の変換効率を向上することができる。
特に、第2領域R2は、太陽電池基板20の裏面端部に形成されている。そのため、受光面側保護材2側から入射して裏面側保護材3によって反射された光をより取り込みやすい。
(その他の実施形態)
本発明は上記の実施形態とその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記実施形態では、第2領域R2に複数の裏面側細線電極30Bを形成しないことによって、単位面積当たりの太陽電池基板20の露出面積を、第1領域R1よりも第2領域R2の方で大きくしたが、これに限られるものではない。具体的には、複数の裏面側細線電極30Bの本数を、第1領域R1よりも第2領域R2でより少なくすることによって、或いは、複数の裏面側細線電極30Bの線幅を、第1領域R1よりも第2領域R2で狭くすることによって、単位面積当たりの太陽電池基板20の露出面積を、第1領域R1よりも第2領域R2の方で大きくすることができる。
また、上記実施形態では、太陽電池10は、収集電極として複数の裏面側細線電極30Bを備えることとしたが、これに限られるものではない。太陽電池10は、第1領域全域を覆うように形成される全面電極を備えていてもよい。この場合であっても、第2領域において太陽電池基板20を露出させることによって、仮留めテープ50の接着力を向上することができる。なお、この場合、電極形成領域Raは、全面電極の外周を直線で結んだ矩形状の領域である。
また、上記実施形態では、第2領域R2は、太陽電池基板20の裏面に形成されることとしたが、第2領域R2は、太陽電池基板20の受光面に形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、太陽電池モジュール100は、複数の太陽電池ストリング1を備えることとしたが、太陽電池モジュール100は、太陽電池ストリング1を1つだけ備えていてもよい。この場合であっても、太陽電池ストリング1を第1封止材4aに強固に固定することができる。その結果、太陽電池モジュール100の製造工程における太陽電池ストリング1の位置ずれを抑制することができる。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
以下、本発明に係る太陽電池モジュールの実施例について具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
(実施例1)
まず、いわゆるHIT構造を有する2枚の太陽電池基板(125mm角、200μm厚)を準備した。
次に、2枚の太陽電池基板それぞれの受光面上に、スクリーン印刷法によって銀ペーストを印刷することによって、50本の細線電極(線幅100μm、ピッチ2mm)を形成した。
次に、2枚の太陽電池基板それぞれの裏面上に、スクリーン印刷法によって銀ペーストを印刷することによって、100本の細線電極(線幅100μm、ピッチ1mm)を形成した。これによって、2枚の太陽電池が形成された。
なお、この際、太陽電池基板の裏面には、100本の細線電極の外縁を直線で結んだ矩形状の電極形成領域Raと、電極形成領域Raの外周を取り囲む外周領域Rb(幅γ=1.5mm)とを形成した。また、電極形成領域Raには、100本の細線電極が形成された第1領域R1と、細線電極が形成されていない第2領域R2とを形成した。実施例1では、第2領域R2のサイズを、幅α=1.5mm、長さβ=30mmとした。
(実施例2)
実施例2では、第2領域R2のサイズを、幅α=3.5mm、長さβ=30mmとした。
その他の工程及びサイズは、実施例1と同様とした。
(実施例3)
実施例3では、第2領域R2のサイズを、幅α=4.5mm、長さβ=30mmとした。
その他の工程及びサイズは、実施例1と同様とした。
(比較例)
比較例では、電極形成領域Raに第2領域R2を形成しなかった。すなわち、電極形成領域Ra全体に、100本の細線電極を一様に形成した。
その他の工程及びサイズは、実施例1と同様とした。
(引張り強度試験)
まず、2本の太陽電池ストリングの連結を想定して、図8に示すように、2枚の太陽電池を2.5mm間隔で配置するとともに、2枚の太陽電池の裏面を仮留めテープ(幅15mm、長さ30mm)で連結した。この際、実施例1〜3では、2枚の太陽電池それぞれの第2領域R2を覆うように仮留めテープを配置した。一方で、比較例では、2枚の太陽電池それぞれに第2領域R2が形成されていないので、2枚の太陽電池それぞれの電極形成領域Raに跨るように仮留めテープを配置した。
次に、仮留めテープがいずれかの太陽電池の裏面から剥離するまで、2枚の太陽電池を互いに離間させる方向に引っ張ることによって、2枚の太陽電池間における仮留めテープの引張り強度[N]を測定した。測定結果を下表に示す。なお、下表では、比較例の実測値に基づいて規格化された値が記載されている。
Figure 0005384164
上表に示すように、実施例1〜3では、比較例に比べて、引張り強度が大きいことが確認された。これは、実施例1〜3では、仮留めテープが太陽電池の露出面積が相対的に大きい第2領域R2に貼付されているので、仮留めテープと太陽電池基板との接着力を向上することができたためである。一方で、比較例では、太陽電池の露出面積が相対的に小さい仮留めテープが電極形成領域Raに跨って貼付されているので、仮留めテープと太陽電池基板との接着力が小さかった。
以上より、太陽電池基板20の露出面積が相対的に大きい第2領域R2に仮留めテープ50を接着することによって、太陽電池ストリングの位置ずれを抑制できることが確認された。
1…太陽電池ストリング
2…受光面側保護材
3…裏面側保護材
4…封止材
10…太陽電池
11…第1配線材
12…第2配線材
13…第3配線材
20…太陽電池基板
30…細線電極
40…接続用電極
50…テープ
100…太陽電池モジュール
Ra…電極形成領域
Rb…外周領域
R1…第1領域
R2…第2領域
L…辺

Claims (2)

  1. 受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止される複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
    前記複数の太陽電池は、配列方向に沿って配列され、互いに配線材によって接続され、
    前記複数の太陽電池のそれぞれは、主面を有する太陽電池基板と、前記主面の略全域に渡って形成される電極とを有し
    前記電極は、複数の細線電極を含み、
    前記複数の細線電極のそれぞれは、前記配列方向に略直交する方向に沿って形成されており、
    前記複数の太陽電池のうち少なくとも一の太陽電池において、
    前記主面は、前記電極の外縁を直線で結んだ矩形状の領域である電極形成領域を有し、
    前記電極形成領域は、第1領域と、前記第1領域よりも単位面積当たりにおける前記太陽電池基板の露出面積が大きく、前記複数の細線電極の単位面積当たりにおける本数が少ない第2領域とを含み、
    前記第2領域は、前記主面のうち前記配列方向に略直交する方向の端部に形成されることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止される複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
    前記複数の太陽電池は、配列方向に沿って配列され、互いに配線材によって接続され、
    前記複数の太陽電池のそれぞれは、主面を有する太陽電池基板と、前記主面の略全域に渡って形成される電極とを有し、
    前記電極は、複数の細線電極を含み、
    前記複数の細線電極のそれぞれは、前記配列方向に略直交する方向に沿って形成されており、
    前記複数の太陽電池のうち少なくとも一の太陽電池において、
    前記主面は、前記電極の外縁を直線で結んだ矩形状の領域である電極形成領域を有し、
    前記電極形成領域は、第1領域と、前記複数の細線電極形成されていない第2領域とを含み、
    前記第2領域は、前記主面のうち前記配列方向に略直交する方向の端部に形成される
    とを特徴とする太陽電池モジュール。
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